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Die Erfindung betrifft eine pneumatische Dosiereinheit mit einem mehrteiligen Gehäuse, in dem ein Hohlraum ausgebildet ist, der durch eine flexible Membrane in eine Pumpkammer und eine Dosierkammer unterteilt ist.
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Zur präzisen Dosierung von extrem hochwertigen Medien, zum Beispiel im Pharmabereich, müssen die aufwendigen und teuren Dosiereinheiten mit großem Aufwand gereinigt und sterilisiert werden. Dies lohnt sich vor allem bei größeren Probemengen.
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Bei solchen Dosiereinheiten wird in der Pumpkammer Pumpfluid, insbesondere Luft, abwechselnd eingeblasen und herausgesaugt, sodass die Membrane zwischen zwei Endstellungen bewegt wird und damit das Volumen der der Pumpkammer gegenüberliegenden Dosierkammer zu- und abnimmt. Damit ergibt sich eine Membranpumpe, über die das Dosierfluid in sehr genauen Mengen aus der Dosiereinheit herausströmt oder hineingesaugt wird. Die Dosierkammer wird zulaufseitig und ablaufseitig durch jeweils zumindest ein Membranventil mit dem Zulauf bzw. dem Ablauf fluidisch verbunden oder von diesem getrennt. Die Steuerung der Membranventile erfolgt zum Beispiel durch ein Pneumatikventil, das die Druckbeaufschlagung der Membrane auf der dem Dosierfluid gegenüberliegenden Seite steuert.
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Aus der
DE 10 2008 028 772 A1 ist eine pneumatische Dosiereinheit bekannt, bei der die Menge eines Dosierfluids durch die Öffnungszeit eines Membranventils gesteuert wird. Stromabwärts des Membranventils ist ein zweites Membranventil vorgesehen, welches allerdings durch einen definiert großen Bypasskanal umgangen werden kann. Bei geschlossenem zweiten Membranventil erfolgt die Dosierung, indem Fluid durch den genau dimensionierten Bypasskanal strömt. Das zweite Membranventil dient dazu, kurzzeitig nach Schließen des ersten Membranventils die Leitung zwischen den Ventilen leer zu saugen. Für eine genaue Dosierung des Fluids ist es erforderlich, die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zu kennen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute Dosiereinheit zu schaffen, die in wirtschaftlicher Weise auch bei kleinen, weniger hochwertigen Medien, das heißt Dosierfluiden, eine wirtschaftliche Benutzung sicherstellt. Ferner soll die Dosiereinheit sehr einfach ansteuerbar sein und das Fluid genau dosieren.
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Dies wird durch eine pneumatische Dosiereinheit gelöst, mit einem mehrteiligen Gehäuse, das ein erstes Gehäuseteil, in dem mehrere Pumpfluid aufnehmende Pumpkanäle ausgebildet sind, und ein zweites Gehäuseteil hat, in dem Dosierfluid aufnehmende Kanäle ausgebildet sind, mit einer flexiblen Membrane, die zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil geklemmt ist und einem zwischen den Gehäuseteilen gebildeten Hohlraum in eine Pumpkammer und eine Dosierkammer, die fluidisch voneinander getrennt sind, teilt, wobei im zweiten Gehäuseteil Zulauf- und Ablaufkanäle, die zur Dosierkammer führen bzw. von der Dosierkammer ausgehen, sowie Membranventile im Zulauf- und Ablaufkanal vorhanden sind, die über Steuerkanäle im ersten Gehäuseteil ansteuerbar sind, und wobei die Membrane und die Membranventile so ausgebildet sind, dass Dosierfluid nicht mit dem ersten Gehäuseteil in Kontakt kommt. Die Membranventile sind von der Pump- und der Dosierkammer beabstandet, sind also nicht Teil derselben.
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Bei der erfindungsgemäßen Dosiereinheit kommt das erste Gehäuseteil, das üblicherweise aufwendiger zu fertigen ist, mit dem Dosierfluid nicht in Kontakt und wird dadurch für weitere Messungen mit anderem Dosierfluid nicht kontaminiert. Das bedeutet, nur das zweite Gehäuseteil ist zu reinigen oder, was die Dosiereinheit nach der Erfindung noch wirtschaftlicher macht, nur das zweite Gehäuseteil ist als Einweg-Artikel auszuführen. Im Gegensatz zur
DE 10 2008 028 772 A1 wird bei der erfindungsgemäßen Dosiereinheit das zu dosierende Fluid in eine eigene Dosierkammer eingesaugt, die durch zwei separate Membranventile nach außen hin abgeschlossen werden kann.
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Die erfindungsgemäße Dosiereinheit erlaubt es dadurch, nicht zwingend über die Öffnungszeit des stromaufwärtigen Membranventils die Dosiermenge zu bestimmen. Vielmehr kann über eine Frequenzsteuerung alleine die Dosierkammer mehr oder weniger oft und mehr oder weniger schnell befüllt werden, um kleinste Einheiten an zu dosierenden Fluid zu erzeugen.
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Es ist in diesem Zusammenhang von weiterem Vorteil, wenn ausschließlich in dem ersten Gehäuseteil Pumpkanäle und/oder Steuerkanäle und/oder ausschließlich in dem zweiten Gehäuseteil Dosierfluid aufnehmende Kanäle ausgebildet sind, sodass Pumpfluid und Dosierfluid jeweils in einem eigenen Gehäuseteil strömen und nicht in Kontakt mit dem jeweils anderen Gehäuseteil gelangen können.
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Die bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass bei demontiertem zweiten Gehäuseteil sämtliche an der dem zweiten Gehäuseteil gegenüberliegenden Kontaktfläche mündende Kanäle oder Räume abgedichtet sind, insbesondere durch die oder die mehreren Membrane, sodass beim Auswechseln des zweiten Gehäuseteils eine versehentliche Kontamination durch offene Kanäle oder Kammern im ersten Gehäuseteil ausgeschlossen ist.
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Um die Kosten der Dosiereinheit weiter zu reduzieren, sind die die Pump- und die Dosierkammer voneinander trennende Membrane und die Membrane des Membranventils im Zulauf- und im Ablaufkanal ein gemeinsames Teil. Das bedeutet, die die Pump- und die Dosierkammer voneinander trennende Membrane erstreckt sich auch bis in die Membranventile im Zu- und im Ablaufkanal und hat folglich Abschnitte, die in diese Membranventile ragen.
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Wenn das zweite Gehäuseteil ein querschieberfrei herstellbares Spritzgussteil, insbesondere aus Kunststoff, ist, lässt sich dieses sehr kostengünstig herstellen, was es als Einweg-Artikel besonders attraktiv macht. Das bedeutet, das Spritzgussteil hat keine Hinterschnitte in Entformungsrichtung der beim Spritzgießen verwendeten beiden Spritzgussformhälften.
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Darüber hinaus sind gemäß der bevorzugten Ausführungsform am Spritzgussteil sämtliche Kanäle und Kammern beim Spritzgießen hergestellt, das heißt ohne mechanische oder sonstige Nacharbeit hergestellt.
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Eine bevorzugte Möglichkeit, wie die Kanäle oder Kammern im zweiten Gehäuseteile hergestellt werden, besteht darin, dass das zweite Gehäuseteil zwei entgegengesetzte Stirnseiten hat. Eine dieser Stirnseiten liegt dem ersten Gehäuseteil gegenüber und bildet sozusagen die Trennfläche zwischen den beiden Gehäuseteilen. Es sind von einer zur entgegengesetzten Stirnseite führende Längskanäle sowie Längskanäle verbindende Querkanäle vorhanden.
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Die Querkanäle sind ausschließlich als offene Rinnen an zumindest einer Stirnseite ausgebildet. Die offenen Rinnen können durch Vorsprünge an den Spritzgussformhälften ausgebildet sein, und die Längskanäle durch stiftartige Fortsätze. Diese stiftartigen Fortsätze könnten gegebenenfalls durch Schieber in Längsrichtung, die relativ einfach realisierbar sind, gebildet werden. Trotzdem sind bei dieser Ausführungsform keine Querschieber erforderlich. Querschieberfrei bedeutet, dass keine Schieber vorhanden sind, deren Bewegungsrichtung quer zur Entformungsrichtung der Spritzgussformhälften vorhanden ist.
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Wenn Querkanäle auf der dem ersten Gehäuseteil gegenüberliegenden Stirnseite ausgeführt sind, werden diese durch die Membrane oder eine der Membranen geschlossen.
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Wenn Querkanäle auf der dem ersten Gehäuseteil entgegengesetzten Stirnseite im zweiten Gehäuseteil ausgebildet sind, bietet es sich an, ein drittes Gehäuseteil zu verwenden. Dieses dritte Gehäuseteil grenzt an diese entgegengesetzte Stirnseite an und trennt die Kanäle für Dosierfluid oder Querkanäle im zweiten Gehäuseteil durch eine elastische, zwischengelegte Dichtung vom dritten Gehäuseteil ab, um sie nach außen zu schließen. Das dritte Gehäuseteil kommt demnach auch nicht mit dem Dosierfluid in Kontakt und muss nicht mit ausgewechselt werden, wenn die Dosiereinheit mit einem anderen Dosierfluid beschickt wird.
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Die Pumpkammer kann eine der Membrane gegenüberliegende Rückwand aufweisen, die einen Teil der Pumpkammer definiert. Die Membrane kann sich bei geleerter Pumpkammer, worunter auch eine fast komplett geleerte Pumpkammer fällt, an die Rückwand anlegen. Die Rückwand hat wenigstens eine zur Pumpkammer offene Vertiefung, die mit dem Pumpfluid zuführenden Pumpkanal strömungsmäßig verbunden ist. Bei geleerter Pumpkammer, worunter, wie gesagt, auch eine fast geleerte Pumpkammer fällt, ist die Membrane aber von der die Vertiefung bildenden Fläche beabstandet, obwohl sie ansonsten an der Rückwand anliegt. Diese Ausführungsform verhindert, dass die Membrane, wenn sie sich an die Rückwand anlegt, an dieser kleben bleibt. Ein Ankleben der Membrane an der Rückwand würde dazu führen, dass erst ein starker Überdruck in dem Pumpfluid zuführenden Pumpkanal aufgebaut werden muss, um die Membrane wieder von der Rückwand zu lösen. Über die Vertiefungen jedoch verteilt sich der Druck sofort im Bereich der Rückwand, sodass sich der Druck des Pumpfluids gleichmäßig über Abschnitte der Rückwand verteilt und sich die Membrane schnell und ohne Verzögerung wieder von der Rückwand löst.
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Vorzugsweise sind in diesem Zusammenhang mehrere ineinander übergehende offene Vertiefungen in der Rückwand vorhanden, die eine Art verästeltes Rinnensystem bilden.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zumindest ein Überlaufkanal zwischen einem Dosierfluideinlass und einem Dosierfluidauslass der Dosierkammer vorhanden ist. Der Überlaufkanal verbindet unabhängig von der Position der Membrane den Dosierfluideinlass und den Dosierfluidauslass strömungsmäßig. Bei bisherigen Dosiereinheiten konnte es beim Ausstoßen des Druckfluids zu einem plötzlichen Druckabfall im Ablaufkanal, der von der Dosierkammer ausgeht, kommen. Dadurch wurde die Membrane schlagartig auf die von der Dosierkammer ausgehende Öffnung des Ablaufkanals gedrückt, sodass der Ablaufkanal ungewollt geschlossen wurde, obwohl noch Dosierfluid in der Dosierkammer vorhanden war. Dies konnte zu einer leicht schwankenden Dosiermenge führen. Um die Dosiergenauigkeit noch weiter zu erhöhen, sorgt der Überlaufkanal dafür, dass Dosierfluideinlass und -auslass stets und unabhängig von der Position der Membrane miteinander verbunden sind, sodass auch bei einem plötzlichen Druckabfall im Ablaufkanal das sich stromabwärts des Membranventils im Zulaufkanal befindliche Dosierfluid abfließen kann. Das bedeutet auch, dass dieser Überlaufkanal den Dosierraum unabhängig von der Position der Membrane stets mit dem Ablaufkanal für Dosierfluid strömungsmäßig verbindet.
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Die bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Überlaufkanal als offene Rinne in der Rückwand der Dosierkammer im zweiten Gehäuseteil ausgeformt ist.
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Der Dosierfluideinlass und der Dosierfluidauslass könnten durch einen sie auf kürzestem Wege verbindenden Überlaufkanal und/oder durch wenigstens einen am Rand der Dosierkammer verlaufenden Überlaufkanal miteinander verbunden werden. Vorzugsweise ist sowohl am Rand der Dosierkammer als auch quer durch die Dosierkammer jeweils ein Überlaufkanal vorhanden.
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Zur Verstellung des Volumens der Pumpkammer und damit des Volumens der Pumpe kann eine der Membrane gegenüberliegende Rückwand verstellbar sein, sodass deren Abstand zur Membrane verändert werden kann.
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Die Pump- und/oder die Dosierkammer haben jeweils eine der Membrane gegenüberliegende Rückwand, wobei zumindest eine der Rückwände konvex oder konkav gewölbt ist. Durch die konkave Wölbung wird das Volumen der jeweiligen Kammer erhöht, durch die konvexe Ausbildung wird bei Unterdruck in der jeweiligen Kammer die Anlagefläche zwischen Membrane und der Rückwand reduziert, sodass die Adhäsionskraft zwischen anliegender Membrane und Rückwand geringer als bei einer konkaven Rückwand ist. Durch Vorsehen von zweiten Gehäuseteilen mit unterschiedlich geformten Rückwänden lässt sich die Dosiereinheit bezüglich der Dosiermenge bei identischem ersten Gehäuseteil verändern.
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Eine besonders einfache Ausführungsform sieht vor, dass der Hohlraum ausschließlich im ersten Gehäuseteil ausgebildet ist. In der ebenen Position der Membrane ergibt sich dadurch kein Volumen für den Dosierraum, dieser wird erst bei Einziehen der Membrane in den Hohlraum im ersten Gehäuseteil gebildet. Dadurch lässt sich das zweite Gehäuseteil aus einer ebenen Platte ausbilden, was fertigungstechnisch eine Kostenreduzierung mit sich bringt.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch ein pneumatisches Dosiersystem mit einer Dosiereinheit nach der Erfindung und wenigstens einem zusätzlichen zweiten Gehäuseteil, das baugleich mit dem, an das erste Gehäuseteil angekoppelten zweiten Gehäuseteil ist, wobei das angekoppelte zweite Gehäuseteil zerstörungsfrei vom ersten Gehäuseteil lösbar ist. Das erfindungsgemäße Dosiersystem sieht folglich Wechselteile vor, sodass mehrere zweite Gehäuseteile als Einwegteile vorhanden sind. Das Dosiersystem erlaubt ein Wechseln des zweiten Gehäuseteils durch ein neues, nicht determiniertes Gehäuseteil, ohne Zerstörung des ersten Gehäuseteils oder eines Befestigungsteils.
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In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die Membrane im Hohlraum und/oder die Membrane der Membranventile am zweiten Gehäuseteil vormontiert und an ihm befestigt sind, sodass die eine oder mehreren Membrane den Hohlraum und die Kanäle im zweiten Gehäuseteil weiter geschlossen halten, wenn das zweite Gehäuseteil gewechselt wird und kein Medium austritt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Längsschnittansicht durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosiereinheit, die Teil des erfindungsgemäßen Dosiersystems ist,
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2 eine Draufsicht auf die Anlagefläche des zweiten Gehäuseteils, mit dem dieses an der Membrane anliegt,
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3 eine Draufsicht auf die Anlagefläche des ersten Gehäuseteils, mit dem dieses an der Membrane anliegt,
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4 eine Längsschnittansicht durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosiereinheit, die Teil des erfindungsgemäßen Dosiersystems ist, und
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5 eine Längsschnittansicht durch einen Teil einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosiereinheit, die ebenfalls Teil des erfindungsgemäßen Dosiersystems ist.
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In 1 ist eine pneumatische Dosiereinheit dargestellt, die unter anderem zum Dosieren von hochwertigen Fluiden, zum Beispiel im Pharmabereich, verwendet wird. Hierbei werden durch die Dosiereinheit Fluidströme bewegt und die ausgestoßene Fluidmenge dieser Fluide exakt bestimmt.
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Die Dosiereinheit hat ein mehrteiliges Gehäuse, mit einem ersten Gehäuseteil 10, das beispielsweise quaderförmig ausgeführt ist und an dem mehrere Pneumatikventile 12, 14 befestigt sind.
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An das erste Gehäuseteil grenzt ein zweites Gehäuseteil 16 an, welches beispielsweise plattenförmig ausgebildet ist und eine dem ersten Gehäuseteil 10 zugewandte Stirnseite 18 sowie eine entgegengesetzte Stirnseite 20 aufweist. Zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil 10 bzw. 16 ist eine Membrane 22 geklemmt, die sich vorzugsweise über die gesamte Stirnseite 18 erstreckt und diese gegenüber der gegenüberliegenden Stirnseite am ersten Gehäuseteil 10 abdeckt.
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Ein drittes Gehäuseteil 24 ist an der Stirnseite 20 vorgesehen, wobei hier abschnittsweise zwischen dem zweiten und dem dritten Gehäuseteil 16 bzw. 24 eine flächige, elastische Dichtung 26 geklemmt ist.
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Die einzelnen Gehäuseteile 10, 16, 24 haben unterschiedliche Funktionen.
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Das erste Gehäuseteil 10 ist für die Strömung von sogenanntem Pumpfluid, hier jeweils vorzugsweise Luft, vorgesehen, die über die Ventile 12, 14 gesteuert wird.
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Hierzu sind Pumpkanäle und Steuerkanäle in dem ersten Gehäuseteil 10 ausgebildet, die im Folgenden noch näher erläutert werden.
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Zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil 10 bzw. 16 ist ein Hohlraum 28 ausgebildet, der bei der in 1 dargestellten Ausführungsform durch eine kuppelförmige Vertiefung an der dem zweiten Gehäuseteil 16 zugewandten Stirnseite 18 des ersten Gehäuseteils 10 ausgebildet ist.
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In diesem Hohlraum 28 befindet sich die Membrane 22. Ein oder mehrere Pumpkanäle 30 im ersten Gehäuseteil 10 führen zu und münden im Hohlraum 28. Diese Pumpkanäle können von einem der Ventile 12, 14 ausgehen oder in dieses münden, um das Pumpfluid gesteuert in oder aus dem Hohlraum 28 ein- bzw. austreten zu lassen.
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Seitlich beabstandet vom Hohlraum 28 sind weitere Hohlräume 31, 32 im ersten Gehäuseteil 10 ausgebildet, die jeweils ein Teil eines Membranventils sind. In die Hohlräume 31, 32 mündet jeweils mindestens ein Steuerkanal 34, 36, wobei hier auch ein Pumpfluid zuführender und ein Pumpfluid abführender Kanal, das heißt zwei Kanäle pro Hohlraum 31, 32 vorgesehen sein können. Der oder die Steuerkanäle 34, 36 führen zu oder kommen von einem oder mehreren Ventilen 12, 14.
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Im zweiten Gehäuseteil 16 sind Zu- und Ablaufkanäle für das Dosierfluid vorgesehen. Die das Dosierfluid begrenzenden Räume und Kanäle sind ausschließlich im zweiten Gehäuseteil 16 ausgebildet, sodass das Dosierfluid nicht mit dem ersten Gehäuseteil 10 in Kontakt kommen kann.
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Ein Zulaufkanal 40 für Dosierfluid im zweiten Gehäuseteil 16 steht mit einem Einlassstutzen 42 in Verbindung, der von der Stirnseite 20 durch eine Öffnung in dem dritten Gehäuseteil 24 nach unten absteht. Der Zulaufkanal 40 hat mehrere Abschnitte. Ein erster Abschnitt, der dem Stutzen 42 am nächsten ist, führt von der Stirnseite 20 vorzugsweise senkrecht zur Stirnseite 18 und grenzt an die Membrane 22 an. Ein zweiter Abschnitt 44 des Zulaufkanals 40 läuft in die entgegengesetzte Richtung, das heißt parallel zum ersten Abschnitt nur geringfügig beabstandet von diesem. Beide Abschnitte haben an der Stirnseite 18 ihre Mündung in demjenigen Bereich, der dem Hohlraum 31 gegenüberliegt.
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Wenn die Membrane 22 nicht nach oben ausbeult, sondern flach ist oder leicht nach unten, das heißt in Richtung des zweiten Gehäuseteils 16 ausbeult, schließt sie die beiden Abschnitte des Zulaufkanals 40, sodass das dadurch gebildete Membranventil geschlossen ist. Wird hingegen im Hohlraum 31 ein Unterdruck durch ausströmendes Pumpfluid erzeugt, wird die Membrane 22 im Bereich des Hohlraums 31 in den Hohlraum 31 ausbauchen, sodass die beiden Abschnitte des Zulaufkanals 40 miteinander strömungsverbunden sind. Das teilweise geöffnete Ventil ist in 1 mit unterbrochenen Linien symbolisiert.
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Der Zulaufkanal 40 hat stromabwärts des zweiten Abschnitts 44 einen Querkanal 46 an der Stirnseite 20, die durch eine zur Stirnseite 20 offene Rinne ausgebildet ist. Diese Rinne ist durch die Dichtung 26 geschlossen. Die Dichtung 26 bewirkt, dass kein Dosierfluid mit dem dritten Gehäuseteil 24 in Kontakt kommt. Nach dem Querkanal 46 ist noch ein erneut vorzugsweise senkrecht zu den Stirnseiten 18, 20 verlaufender Abschnitt vorgesehen, der wiederum an der Stirnwand 18 endet. Hier endet der Abschnitt 48 des Kanals 40 im Bereich des Hohlraums 28.
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Seitlich beabstandet zum Abschnitt 48 beginnt der sogenannte Ablaufkanal 50 mit senkrecht zu den Stirnseiten 18, 20 verlaufenden Abschnitten und zumindest einem diese Abschnitte verbindenden Querkanal 52. Im Ablaufkanal 50 sitzt auch ein Membranventil, das im Bereich des Hohlraums 32 ausgebildet ist. Auf weitere Details wird verzichtet, da die Ausbildung dieses Ventils entsprechend der Ausbildung des Ventils im Hohlraum 31 konstruiert ist.
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Der Ablaufkanal 50 endet in einem Ablaufstutzen 61, der sich beispielsweise als Rohr durch eine Ausnehmung im dritten Gehäuseteil 24 nach unten erstreckt.
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Der Hohlraum 28 bildet eine Art Pumpe, wobei die Membrane 22 den Hohlraum 28 in zwei Kammern unterteilt, nämlich eine Pumpkammer 60, die bezüglich der Membrane 22 auf der dem ersten Gehäuseteil zugewandten Seite der Membrane liegt, und eine auf der entgegengesetzten Seite der Membrane 22 ausgebildete Dosierkammer 62.
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Wenn die Membrane 22 vollflächig an der Stirnseite 18 anliegt, ist das Volumen der Dosierkammer 62 null oder nahezu null, also in der Zeichnung nicht erkennbar. Wird jedoch in der gegenüberliegenden Pumpkammer 60 ein Unterdruck erzeugt, wölbt sich die Membrane 22 in diesem Bereich mehr oder weniger weit nach oben (siehe unterbrochene Linien in 1), sodass das Volumen der Dosierkammer 62 stetig zunimmt und das der Pumpkammer 60 entsprechend abnimmt. Die Membrane 22 kann so weit deformiert werden, dass sie an der sogenannten Rückwand 64 im ersten Gehäuseteil 10, die der Membrane 22 gegenüberliegt, vollflächig anliegt. Dann ist das Volumen der Pumpkammer 60 null oder nahezu null und das der Dosierkammer 62 maximal.
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Die Membrane 22 wird im Bereich des Hohlraums 28 pulsierend deformiert und wieder entspannt, was durch Aufbau von Druck und/oder Aufbau von Unterdruck in der Pumpkammer 60 erfolgt. In einer entsprechenden zu dieser Pumpfrequenz abgestimmten Frequenz werden die Membranventile im Zulaufkanal 40 und im Ablaufkanal 50 betätigt, sodass bei offenem Zulaufkanal 40 und geschlossenem Ablaufkanal 50 und sich nach oben wölbender Membrane 22 Dosierfluid über den Stutzen 42 angesaugt wird, welches anschließend, nach Schließen des Zulaufkanals 40 und Öffnen des Ablaufkanals 50 und sich nach unten bewegender Membrane 22 wieder aus dem Dosiersystem über den Ablaufstutzen 61 ausgestoßen wird.
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Wie anhand der 1 zu erkennen ist, sind im ersten Gehäuseteil, und zwar ausschließlich in diesem, die Pump- und Steuerkanäle 30, 34, 36 ausgebildet und ausschließlich im zweiten Gehäuseteil die Dosierfluid führenden Kanäle 40, 50.
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Vorzugsweise ist das dritte Gehäuseteil 24 ohne Fluid führenden Kanal ausgeführt und bildet nur eine Art Deckel.
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Obwohl optional mehrere Membrane zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil 10 bzw. 16 vorgesehen sein können, um den Hohlraum 28 sowie die Hohlräume 31, 32 zu schließen, ist bei der dargestellten Ausführungsform eine gemeinsame Membrane 22 vorhanden.
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Das zweite Gehäuseteil 16 ist herstellungstechnisch optimiert. Es sind ausschließlich Kanäle vorhanden, die entweder senkrecht zu den Stirnseiten 18, 20 verlaufen und an einer Stirnseite beginnen und an der entgegengesetzten Stirnseite enden. Diese Kanäle werden Längskanäle genannt. Die andere Form der Kanäle sind sogenannte Querkanäle. Diese quer zu den Längskanälen verlaufenden Querkanäle verlaufen stets an den Stirnseiten 18 und/oder 20 und sind als nach außen offene Rinnen ausgebildet, die erst durch die Membrane 22 oder die Dichtung 26 geschlossen werden.
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Diese Ausbildung der Kanäle ermöglicht es, das zweite Gehäuseteil 16 als Spritzgussteil, vorzugsweise aus Kunststoff, auszuführen. Dieses Spritzgussteil kann ohne Querschieber hergestellt werden, da es in Entformungsrichtung (hier in Richtung der Längskanäle) hinterschnittsfrei ausgeführt ist, nachdem die Querkanäle außen an den Stirnseiten 18, 20 offen enden.
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Eine Besonderheit der Dosiereinheit sind ein oder mehrere Überlaufkanäle 70, 72, die den sogenannten Dosierfluideinlass 74 am Ende des Zulaufkanals 40 zur Dosierkammer 62 mit dem sogenannten Dosierfluidauslass 76 der Dosierkammer 62 strömungsmäßig miteinander verbinden. Der Dosierfluidauslass 76 ist sozusagen der Beginn des Auslasskanals 50. In 2 ist zu erkennen, dass dieser Überlaufkanal 70 nur ein relativ schmaler Kanal ist, welcher den Dosierfluideinlass 74 auf kürzestem Wege mit dem Dosierfluidauslass 76 verbindet. Auch der als Querkanal ausgebildete Überlaufkanal 70 ist als offene Rinne ausgebildet, die hier eine Vertiefung in der Stirnseite 18 ist.
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Zusätzlich oder alternativ hierzu sind im zweiten Gehäuseteil 16 am Rand der Dosierkammer 62 bogenförmig verlaufende weitere Überlaufkanäle 72 vorgesehen (siehe 2). Auch diese verbinden den Dosierfluideinlass 74 mit dem Dosierfluidauslass 76.
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Für alle Überlaufkanäle 70, 72 gilt, dass sie auch dann offen sind, wenn die Membrane 72 maximal gegen das zweite Gehäuseteil 16 drückt. Damit ist sichergestellt, dass bei einem plötzlichen auslassseitigen Druckabfall das sich in dem zweiten Gehäuseteil 16 stromabwärts des Membranventils im Zulaufkanal 40 befindliche Dosierfluid ausströmen kann. Die Dosierkammer 62 wird somit stets komplett geleert, wodurch die Dosiergenauigkeit hoch ist.
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Die Stirnseite 18 im Bereich zwischen dem Überlaufkanal 70 und jeweils den beiden angrenzenden Überlaufkanälen 72 ist im Übrigen eben, was jedoch nicht einschränkend zu verstehen ist.
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Die Rückwand 64, die in der dargestellten Ausführungsform beispielhaft, was nicht einschränkend zu verstehen sein soll, kuppelförmig ausgebildet ist, hat zusätzlich noch zur Pumpkammer 60 offene Vertiefungen 80 (siehe 3). Diese Vertiefungen sind vorzugsweise rillenförmig und gehen ineinander über, sodass sich beispielsweise eine Art Netz oder Kreuzform ergibt. Sämtliche Vertiefungen 80 stehen strömungsmäßig mit dem Pumpkanal 30 in Strömungsverbindung.
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Auch wenn die Membrane 22 an der Rückwand 64 anliegt, so sind doch die Vertiefungen 80 nicht von der Membrane 22 ausgefüllt. Damit wird dann, wenn die Membrane 22 wieder in ihre Ausgangsstellung gemäß 1 zurückbewegt werden soll, Pumpfluid relativ gleichmäßig und über eine größere Fläche verteilt an der Membrane 22 anstehen. Somit kann die Membrane auch aktiv schnell von der Rückwand 64 gelöst werden.
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Wie den 2 und 3 zu entnehmen ist, sind im selben Gehäuse mehrere nebeneinander ausgebildete, identisch ausgeführte Dosiereinheiten ausgeführt, sodass mit einer einzigen Membrane 22 für mehrere Dosiereinheiten gearbeitet werden kann. In der gezeigten Ausführungsform sind vier Dosiereinheiten nebeneinander vorgesehen, was jedoch nicht einschränkend auf die Besonderheiten der Ausführungsform nach 1 zu verstehen ist.
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Die im Folgenden erläuterten Ausführungsformen entsprechen den zuvor erwähnten, sodass für funktionsgleiche Teile die bereits eingeführten Bezugszeichen übernommen werden konnten und im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen werden muss.
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Bei der Ausführungsform nach 3 besteht die Besonderheit darin, dass zumindest ein Abschnitt der Rückwand 64 im ersten Gehäuseteil 10 verschieblich ausgeführt ist. Hier ist ein Gewindebolzen 81 eingeschraubt, dessen Stirnwand 82 einen Teil der Rückwand 64 bildet. Der Gewindebolzen 81 kann mehr oder weniger weit in den Hohlraum 28 hineingedreht werden, sodass sich das Volumen des Hohlraums und der Hub der Membrane 22 stufenlos verstellen lassen.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Stirnwand 82 plan, sie kann aber auch konvex oder konkav ausgeführt sein. Der entsprechende in der Pumpkammer 60 mündende Pumpkanal ist seitlich zum Gewindebolzen 81 im ersten Gehäuseteil 10 vorgesehen (nicht gezeigt).
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Bei der Ausführungsform nach 5 hat das zweite Gehäuseteil 16 einen konvexen Vorsprung im Bereich der Dosierkammer 62, der eine konvexe Rückwand 90 bildet.
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In der Stellung nach 5 liegt die Membrane 22 vollflächig an der Rückwand 90 des zweiten Gehäuseteils 16 an, eine Beabstandung ist nur im Bereich des Überlaufkanals 70 vorgesehen.
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Bei sämtlichen Ausführungsformen gilt, dass das zweite Gehäuseteil 16 vorzugsweise als Spritzgussteil ausgeführt ist, mit den zuvor genannten an den Stirnseiten offen verlaufenden Querkanälen und den entsprechenden Längskanälen zwischen den Stirnseiten. Sämtliche zweiten Gehäuseteile 16 können auch querschieberfrei im Spritzgussverfahren hergestellt werden.
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Vorzugsweise ist der Hohlraum 28 ausschließlich im ersten Gehäuseteil 10 ausgeführt, wobei dies nicht einschränkend zu verstehen ist.
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Für eine optimale Membranlebensdauer wäre es günstig, wenn das Pumpvolumen zwischen erstem und zweitem Gehäuseteil 10, 16 aufgeteilt wird, sodass ein Teil der Vertiefung je in beiden Gehäuseteilen 10, 16 ausgebildet ist. Dadurch wird die Membrane weniger stark gedehnt.
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Die dargestellten Dosiereinheiten erlauben ein schnelles, einfaches Wechseln des zweiten Gehäuseteils 16 gegen ein baugleiches Ersatz-Gehäuseteil, wenn das zweite Gehäuseteil für einen Dosiervorgang mit einem Dosierfluid bereits verwendet wurde und ein anderes Dosierfluid die Dosiereinheit durchströmen soll. Dann sind beispielsweise einfach Schraub-Klemmverbindungen (siehe Öffnungen 92 oder Gewinde 94 in den 2 und 3) zu lösen, was zerstörungsfrei erfolgt. Dann wird einfach das zweite Gehäuseteil 16 gegen ein frisches zweites Gehäuseteil 16 ausgetauscht, wobei die Membrane 22, 26 am zweiten Gehäuseteil 16 befestigt sind und mit ausgetauscht werden.
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Die Dosiereinheit wird vorzugsweise nicht alleine geliefert, sondern zumindest mit einem zusätzlichen zweiten Gehäuseteil, das als baugleiches Austauschteil ausgeführt ist. Vorzugsweise sind deutlich mehr als zwei Austausch-Gehäuseteile vorhanden. Damit ergibt sich ein pneumatisches Dosiersystem. Wenn die Rückwände der zweiten Gehäuseteile unterschiedliche Geometrien haben, lassen sich durch Austausch der zweiten Gehäuseteile 16 unterschiedliche Dosiermengen einstellen, was das Dosiersystem variabel macht.
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Die Membrane 22 ist vorzugsweise am zweiten Gehäuseteil 16 vormontiert, beispielsweise durch randseitiges Bördeln, Anvulkanisieren oder Kleben, sodass sich die Membrane 22 nicht löst und versehentlich umgekehrt wieder eingebaut wird. Optional kann auch die Dichtung 26 vormontiert sein, zum Beispiel am zweiten Gehäuseteil 16.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008028772 A1 [0004, 0007]
